Deep Science Ventures的哈里·麦克弗森（Harry Macpherson）解释了为什么迫切需要测量化学暴露组（chemical exposome）。
我所在的国家——英国，是少数几个预期寿命增长停滞不前，而健康寿命（healthy years）却在减少的国家之一。慢性病在年轻人群中的患病率不断上升，正在恶化我们的生活质量，其中7%的劳动力因长期疾病而失业。在全球范围内，一些重要的健康指标同样令人担忧。自20世纪90年代以来，儿童肥胖症增加了300%，50岁以下人群的癌症发病率增加了79%。自20世纪70年代以来，男性平均精子数量下降了52%，而自1993年以来，帕金森病（Parkinson’s disease）增加了160%。如果生活水平在提高，吸烟的人越来越少，医学也在不断进步，那么这些趋势的原因究竟是什么？
寻找答案的最佳切入点是暴露组：来自我们环境的影响，例如饮食、运动、吸烟、人际关系和化学暴露。英国生物样本库（UK Biobank）的最新数据显示，暴露组在解释死亡率差异方面，明显优于基因。
我们的基因变化速度不足以引起这些健康趋势，但暴露组却在不断变化。自20世纪50年代以来，化学产品产量增长了五十倍，塑料产量增长了两百倍，工业上生产的合成化学品超过4万种。
如今，世界上许多地方的雨水中都含有全氟烷基物质（PFAS，又称“永久性化学品”），大多数人的尿液或血液中都含有PFAS、双酚（bisphenols）和邻苯二甲酸盐（phthalates）。有毒化学品也被发现污染母乳和胎儿，这很重要，因为在关键发育阶段的暴露会影响终生健康。
化学暴露在我们的健康和长寿认知中一直是一个盲点，通过揭示它们，有望在健康寿命方面取得巨大的进步。这可以通过在长期人群研究（long term population studies）慷慨捐赠的生物样本中，发现和量化合成化学品来实现。
长期人群研究跟踪数十万参与者的生活和健康，其中许多研究都关联着生物样本库：储存着数百万个血液、尿液、唾液和母乳等样本的巨大冷冻库。这些样本非常宝贵，通常用于对参与者的DNA、蛋白质和代谢物进行测序。这些研究帮助我们理解发育、衰老和疾病，也帮助我们开发新的疗法。重要的是，它们通过几十甚至几代人的时间跟踪参与者，但在研究化学暴露方面却远未得到充分利用。
对于许多化学品，有充分证据表明暴露会导致疾病，我们已经掌握了足够的知识来采取行动。研究发现，环境因素而非基因是帕金森病的主要原因，而农药、干洗化学品、重金属和空气污染都对此有所贡献。血液中PFAS水平高的男性，其精子数量被发现仅为PFAS水平低的男性的一半。胎儿期接触多氯联苯（PCBs）最多的儿童，其智商得分较低的可能性高出三倍。最后，PBDE（多溴二苯醚）水平最高的人，其癌症死亡风险比最低的人增加了约300%。
减少公众接触有害化学品，可能会带来显著的健康和经济效益，这与历史先例相符，例如淘汰含铅汽油估计使平均智商提高了两到五分，并将智力残疾的发生率减少了一半。
尽管我们已知很多，但令人惊讶的是，我们对绝大多数化学品的毒理学知之甚少。已知与食物接触的化学品中，87%缺乏安全优先排序所需的危害数据；在美国允许使用的食品添加剂中，80%缺乏估算安全摄入量所需的数据。
如果我们要淘汰有害化学品并用真正更安全的替代品取代它们，我们需要更好地了解公众接触了哪些化学品以及原因，哪些化学品影响疾病而哪些不影响，以及其作用机制是什么。我和我的Deep Science Ventures的同事，以及我们的大学合作伙伴，认为绘制长期人群研究的化学暴露组图谱，可能是解决这些问题的关键。
生物监测项目，如美国国家健康与营养检查调查（NHANES）中的国家暴露报告，是极好的洞察来源，但它们仅分析有限的靶向化学品清单，并且只对少数几千名未进行纵向跟踪的参与者进行测量。我们可以通过将能够发现化学品的非靶向技术与能够精确量化化学品的靶向技术相结合，解锁更多的理解。如果我们将这些技术应用于长期人群研究，将尤其强大。长期人群研究具有队列规模更大的优势，可以增强统计效力，并且拥有纵向数据和样本，以便理解累积效应，以及PB级（Petabytes）的其他相关数据。
例如，它们通常包含就业、地点和饮食信息，我们可以利用这些信息来了解人们如何接触到化学品，以及哪些生活方式改变可以减少接触。有些研究甚至对其参与者进行了重复的影像学研究，可以用来了解化学暴露如何影响器官和大脑的衰老。
一些最大的长期人群研究包括：英国生物样本库（UK Biobank）、“我们的未来健康”（Our Future Health）、“我们所有人”（All of Us）和中国嘉道理生物库（China Kadoorie Biobank）。世界各地还有更多类似研究，但据我所知，目前还没有任何大型长期人群研究全面绘制过化学暴露组图谱。在已经记录了如此多宝贵信息，并且冷冻库中的样本随时待测的情况下，化学暴露组正是缺失的那一块拼图。
我们已经在质谱、暴露组学方法和人工智能方面开发了所需的工具，以揭示化学暴露组的影响。欧洲和美国已经建立了国家暴露组学基础设施，并通过NEXUS和EIRENE等协调机构相互连接。我们现在迫切需要的是投资我们拥有大量基因分型数据的队列人群，以大规模测量化学暴露。如果我们现在就行动，一个更健康的未来正等待着我们。
关于哈里·麦克弗森（Harry Macpherson）
哈里·麦克弗森是Deep Science Ventures的高级助理。从牛津大学（Oxford University）获得材料科学工程硕士学位后，他在庄信万丰（Johnson Matthey）开发了用于锂离子电池回收和二氧化碳转化为化学品的电化学工艺。2023年，他与人共同创立了Yama，该公司正在开发一种用于稀释点源和空气中二氧化碳捕获的电化学技术。在Deep Science Ventures，他帮助创始人建立公司，解决从炼铁脱碳到废水处理小型化等领域的问题。他对通过“创造更安全的化学品和材料、绘制化学暴露组图谱以及改进毒理学筛选和预测方法”来“净化经济”特别感兴趣。
📎 来源：Longevity Technology